综述：纳米颗粒辅助诱导植物中具有治疗价值次级代谢产物的研究

　　这篇综述系统探讨了纳米颗粒(NPs)作为新型诱导剂在提升植物次级代谢产物(SMs)生产中的应用，重点阐述了金属(Ag、Au)、金属氧化物(ZnO、TiO2)、非金属(SiO2)及复合纳米材料通过活性氧(ROS)爆发、MAPK信号通路等机制调控苯丙烷类、生物碱等代谢途径的研究进展，同时指出规模化应用的剂量优化与安全性挑战。

　　

纳米颗粒：开启植物药库的新钥匙

植物是天然活性化合物的宝库，其合成的黄酮类、生物碱、萜类等次级代谢产物(SMs)在医药、食品和化妆品领域具有重要价值。然而传统生产方式效率低下，难以满足市场需求。近年研究发现，纳米颗粒(NPs)能通过独特理化特性激活植物防御系统，显著提升目标代谢物产量，为规模化生产提供新思路。

纳米颗粒的诱导机制

NPs通过三种核心途径调控SMs合成：

1. 1.

   氧化应激响应：AgNPs等进入细胞后引发ROS爆发，激活超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶，同时上调苯丙氨酸解氨酶(PAL)等关键酶基因表达。例如0.1 mg/L ZnO NPs使贯叶连翘细胞中金丝桃素产量提升13倍。

2. 2.

   信号通路干预：NPs诱导的钙离子(Ca²⁺)流和MAPK级联反应可激活茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等防御激素通路。在长春花细胞中，25 mg/L AgNPs通过激活STR基因使生物碱合成增加3.5倍。

3. 3.

   基因表达重编程：Fe₃O₄ NPs处理毛喉鞘蕊花毛状根时，上调ROS合成酶基因的同时促进黄酮类化合物积累，相关基因表达量提升12倍。

明星纳米材料及其应用

• •

  金属NPs：AgNPs在苦瓜细胞悬浮液中使总酚含量提升2倍；AuNPs使贯叶连翘细胞中高异黄酮C增加96倍

• •

  金属氧化物：TiO₂ NPs(90 mg/L)使香根草精油产量提高55%；MnO₂-珍珠岩纳米复合材料使伪金丝桃素产量翻倍

• •

  碳基材料：单壁碳纳米管(50 μg/mL)使百里香愈伤组织中迷迭香酸含量提升19倍

挑战与前景

尽管NPs诱导技术优势明显，但剂量依赖性效应仍是主要瓶颈。如1000 mg/L TiO₂ NPs虽能提高菊蒿单萜含量，却抑制植株生长；Co₃O₄ NPs在2000 mg/L时引发脂质过氧化损伤。未来需结合转录组学和代谢组学，开发智能控释纳米系统，同时建立标准化安全评估体系。

随着绿色合成技术和精准递送系统的发展，纳米诱导技术有望成为连接植物生物技术与工业化生产的桥梁，为天然药物开发提供可持续解决方案。